人机界面在3MZ136磨床控制系统改装中的应用

    目前PLC在工业自动化中占有较重的地位。技术的不断发展极大地促进了基于PLC为核心的控制系统在控制功能、 控制水平等方面的提高。

    同时， 对其控制方式， 运行水平， 直观的个性化操作性能要求也越来越高。因此， 交互式操作界面，报警纪录和打印等要求也成为整个控制系统的重要内容。对于工艺过程复杂， 控制参数较多的工控系统来讲， 尤其显得重要。因此， 工业人机界面， HMI 的出现， 对于在构建PLC控制系统时实现以上功能， 提供了方便可行的人机对话途径， 为磨床工控系统的改造提供了更好的选择。

    工业人机界面的特点和功能又称触摸屏监视器， 是一种操作控制显示装置。其硬件由电源、 触摸电阻网络、 显示器、存储器和IYO扩展接口构成。HMI由特殊设计的计算机系统 （32位RISC CPU芯片）为核心， 在STN、TFr液晶显示屏或EL（电发光）显示器上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏。触动屏幕时， 电阻网络上的电阻和电压发生变化并 由软件计算出触摸位置。

    主要功能有：数据的输入与显示， 系统或设备的操作状态实时信息显示， 在HMI上设置触摸控件可把HMI作为操作面板进行控制操作，报警处理及打印；此外，新一代HMI还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登陆及配方等智能化控制功能。

在PLC工控系统上的应用

    1、系统概述

    磨床的自动循环过程包括上料、上磁、快跳、快趋、黑皮磨削、粗进、精进和光磨等。

    原厂配置的控制系统为UCN281小型工控机， 由于其稳定性较差， 故障率很高， 经常造成设备停机。在改装过程中， 系统硬件改用由PLC和及检测仪器组成， 现场设备控制装置由步进电机、谐波减速器、 滚珠丝杆等构成。正常情况下， 根据生产工艺的要求， 协调各个磨削过程控制系统的工作， 设定磨削参数， 实现整个磨削循环过程的全自动化。整个系统的核心控制部分由OMRON—实现， 而系统的监控和交互式操作界面任务将HMI承担。主要有以下内容： 参数设定， 动态画面显示， 磨削过程的参数显示， 故障报警与诊断。其中HMI选用步进公司的e—VIEW—506L 。

    2、HMI与PLC之间的通讯

    当HMI用于PLC控制系统时， HMI与PLC之间通过串口以 D—L I N K（直接连接） 方式进行通讯。在该方式下， HM I 根据要求直接读入PLC的数据或把数据写入PLC相应的地址中。由于内装通讯协议， 因此无须编制通讯程序， 只要指定所用类型（即通讯协议） ， 运行时即可实现通讯。

    因此大大减少了PLC用户程序的负担。在系统设计时， 直接指定控制部件与其对应 P L C的输入输出（i／o） 、寄存器（R） 、 中间寄存器（M）的地址， 运行时HMI就能自动与PLC进行数据交换。直接读取或改写PLC相应地址的内容， 并据此改变界面上的显示内容。同时通过对HMI的触摸操作，可向PLC相应的地址输入数据。

    3、HMI监控主界面

    整个HMI监控系统采用树形结构， 由监控调整界面（如图1）及相应功能子界面组成。

图1 监控调整界面

    在监控主界面上面设有控制功能键，触摸各功能键可以进入相应的子界面， 执行所需的功能。

    在每一个子界面中可通过I上一页I 、I下一页I功能键在同一功能组中进行界面切换，在任一子界面都可以通过l 返回l 功能键退回到监控主界面。系统 自动采集相关的数据， 将设备的工作状态和一些工艺参数显示在主界面上，便于操作人员的观察。监控主界面上还有生产过程的动态界面显示见图2，在动态界面上以各种形式模拟出主要控制设备的运行情况，例如设备运行的位置、 磨削状态以及磨削数据等，直观、生动地反映出现场的过程，方便操作人员对生产情况、设备工况的了解d HMI编程软件Easy Builder提供了丰富的控制部件； 如按钮部件、界面切换部件、指示灯部件、数据文本显示部件和动画部件等等。实现上述功能只要根据需要选择相应的控制部件，定义好其属性即可。Easy Builder采用监控软件通用模式，所有控制部件的属性通过组态形式完成， 以实现相应的控制功能。 使用Easy Builder内附的图库及作图工具来构造生产现场的模拟界面， 简便易行。

    此外，充分利用HMI的优势将原先布置在控制柜上的开关、 按钮、 指示灯尽可能地用HMI中的控制部件替代， 这样做可减少硬件、 简化接线并降低故障率。

图2 生产过程动态界面

图3

    4、HMI参数设置

    功能主控系统中有很多工艺参数需要设置和变更， 根据控制功能将其经常需要改变的磨削参数做成几个界面的参数组（见图3），使整个系统的结构更加合理。同时利用触摸操作的特性使参数设置变得极为简便和直观。在参数设定时， 可以通过触摸功能键进入参数设定界面， 利用其内带的数字置数键盘， 将此数字键盘设计为弹出式， 在操作人员要设定参数时， 触摸所需改变参数的数字键， 弹出数字键盘进行操作。HMI中每个数据在部件属性中定义并分配了相应的PLC地址， 依次输入数字完成后， 按动scl键， 数字键盘消失。

    输入的数据确认存入PLC指定的地址中。同时每个参数值都允许设计有上、 下限限制， 当输入数值超限时， 系统拒绝接受并向操作者发出报警并返回上一次数据。此外， 对重要的系统设备参数组是不允许修改的， 可通过Easy Builder软件的工具库， 对设置界面参数修改进行密码保护， 增加系统的安全性。